JP2024076547A - タイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】熱可塑性エラストマーを用いたタイヤにおいて、高速走行時の操縦安定性に優れたタイヤを提供することを目的とする。【解決手段】トレッド部と、タイヤ骨格体とを備えたタイヤであって、前記タイヤ骨格体が、熱可塑性エラストマー組成物で構成され、正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を360kPa充填した際のタイヤ断面幅W360(mm)の比(W360/W0)が、0.974以上であるタイヤに関する。【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤに関する。
現在、ゴム組成物を骨格としたタイヤが汎用されているが、このようなタイヤはリサイクルが難しく、製造方法も複雑で高コストであるため、熱可塑性エラストマーを用いたタイヤの検討が行われている(特許文献1など)。
国際公開第2015/076982号
しかしながら、熱可塑性エラストマーを用いたタイヤは未だ実用化は難しく、特に高速道路が整備され、高速移動が珍しくない昨今では、熱可塑性エラストマーを用いたタイヤの高速走行時の操縦安定性などの向上が望まれている。
本発明は、前記課題を解決し、熱可塑性エラストマーを用いたタイヤにおいて、高速走行時の操縦安定性に優れたタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、トレッド部と、タイヤ骨格体とを備えたタイヤであって、
前記タイヤ骨格体が、熱可塑性エラストマー組成物で構成され、
正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を360kPa充填した際のタイヤ断面幅W360(mm)の比(W360/W0)が、0.974以上であるタイヤに関する。
本発明によれば、トレッド部と、タイヤ骨格体とを備えたタイヤであって、前記タイヤ骨格体が、熱可塑性エラストマー組成物で構成され、かつ正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を360kPa充填した際のタイヤ断面幅W360(mm)の比(W360/W0)が、0.974以上であるタイヤであるので、高速走行時の操縦安定性に優れたタイヤを提供できる。
空気入りタイヤの一部が示された断面図。 図1のタイヤ2のトレッド部4の近辺が示された拡大断面図。
本発明は、トレッド部と、熱可塑性エラストマー組成物で構成されたタイヤ骨格体とを備え、正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を360kPa充填した際のタイヤ断面幅W360(mm)の比(W360/W0)が、0.974以上であるタイヤである。
前記作用効果が得られるメカニズムは明らかではないが、以下のように推察される。
タイヤが高速走行する際、熱可塑性エラストマーを用いたタイヤ骨格体も発熱し、タイヤ内部の空気に熱を伝え、その結果、タイヤ内部の空気圧の上昇を招くと考えられる。そして、タイヤの空気圧の上昇により、タイヤ骨格体は内圧に押される状態となり、形状が大きくなるように変化すると考えられる。その際、W360/W0(W0:正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅、W360:正規リムにリム組みし、内圧を360kPa充填した際のタイヤ断面幅)が小さいと、高速走行時にタイヤのトレッド部が径方向に大きくなりやすく、その結果として、トレッド部表面の形状がラウンド化してしまい、接地面が小さくなり操縦安定性が低下すると考えられる。
一方、W360/W0が0.974以上となるように、W360/W0が大きくなるように調整すると、タイヤ径方向の成長が抑制され、高速走行時の操縦安定性が向上すると推察される。
このように、前記タイヤは、W360/W0が0.974以上を満たす構成のタイヤにすることにより、優れた高速走行時の操縦安定性を付与するという課題(目的)を解決するものである。すなわち、「W360/W0が0.974以上」の構成は課題(目的)を規定したものではなく、本願の課題は、優れた高速走行時の操縦安定性を付与することであり、そのための解決手段として当該パラメーターを満たすような構成にしたものである。
以下、適宜図面を参照しつつ、好ましい実施形態の一例に基づいて前記タイヤを詳細に説明する。なお、本実施形態は一例であり、本発明がこれに拘束されることは意図しない。
図1には、空気入りタイヤ2が示されている。図1において、上下方向がタイヤ2の半径方向であり、左右方向がタイヤ2の軸方向であり、紙面との垂直方向がタイヤ2の周方向である。図1において、一点鎖線CLはタイヤ2の赤道面を表わす。このタイヤ2の形状は、トレッドパターンを除き、赤道面に対して対称である。
このタイヤ2は、トレッド部4、タイヤ骨格体6を備えている。
タイヤ2において、タイヤ骨格体6は、従来のゴム組成物で形成されるタイヤのビード部、サイドウォール部、ベーストレッドなど、キャップトレッド以外の部材が一体となった骨格体であり、ビード部にスチールコードのビードコアを備えることが好ましい。このタイヤ2は、チューブレスタイプである。タイヤ2は、乗用車、競技用タイヤなどに装着できる。
図1のタイヤ2では、タイヤ断面幅Wtが示されている。
タイヤ2は、正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を360kPa充填した際のタイヤ断面幅W360(mm)の比(W360/W0)が、0.974以上である。
W360/W0は、好ましくは0.978以上、より好ましくは0.985以上、更に好ましくは0.990以上、特に好ましくは0.998以上であり、また、好ましくは1.044以下、より好ましくは1.030以下、更に好ましくは1.020以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
W0は、好ましくは125.0mm以上、より好ましくは130.0mm以上、更に好ましくは132.0mm以上、特に好ましくは133.0mm以上であり、また、好ましくは140.0mm以下、より好ましくは137.0mm以下、更に好ましくは136.0mm以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
W360は、好ましくは129.5mm以上、より好ましくは131.0mm以上、更に好ましくは132.0mm以上、特に好ましくは132.8mm以上であり、また、好ましくは140.0mm以下、より好ましくは137.0mm以下、更に好ましくは136.0mm以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
また、タイヤ2は、より効果が得られる観点から、正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を100kPa充填した際のタイヤ断面幅W100(mm)の比(W100/W0)が、0.968以上であることが望ましい。
W100/W0は、好ましくは0.971以上、より好ましくは0.974以上、更に好ましくは0.980以上、特に好ましくは0.981以上であり、また、好ましくは1.018以下、より好ましくは1.010以下、更に好ましくは1.000以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
W100(mm)は、好ましくは129.2mm以上、より好ましくは129.5mm以上、更に好ましくは130.3mm以上、特に好ましくは130.5mm以上であり、また、好ましくは135.0mm以下、より好ましくは133.0mm以下、更に好ましくは132.0mm以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
W100およびW360は、サイドウォール部の厚みや弾性率小さくし、サイドウォール部が内圧により変形しやすくなるようにすることにより、W100、W360が大きくなる傾向がある。
また、上記手法により、W100、W360を調整することで、W360/W0、W100/W0を調整することも可能である。
タイヤ2は、タイヤ外径Dt(図示せず)を有している。
タイヤ2は、より効果が得られる観点から、正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ外径D0(mm)に対する、内圧を360kPa充填した際のタイヤ外径D360(mm)の比(D360/D0)が、1.175以下であることが望ましい。
D360/D0は、好ましくは1.110以下、より好ましくは1.082以下、更に好ましくは1.051以下、特に好ましくは1.028以下であり、また、好ましくは1.000以上、より好ましくは1.005以上、更に好ましくは1.010以上である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
D360/D0を上記範囲、特に1.082以下に調整することで、上記作用効果がより得られるメカニズムは明らかではないが、高速走行時の高内圧状態における、タイヤトレッド部の形状変化を小さくすることで、高速走行時にも安定してトレッド部が路面に接地することが可能となるため、高速走行時の操縦安定性が向上すると推察される。
D0は、好ましくは250.0mm以上、より好ましくは253.0mm以上、更に好ましくは255.4mm以上、特に好ましくは256.4mm以上であり、また、好ましくは270.0mm以下、より好ましくは263.0mm以下、更に好ましくは259.9mm以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
D360は、好ましくは255.0mm以上、より好ましくは260.0mm以上、更に好ましくは262.0mm以上、特に好ましくは263.5mm以上であり、また、好ましくは301.0mm以下、より好ましくは278.0mm以下、更に好ましくは276.5mm以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
また、タイヤ2は、より効果が得られる観点から、正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ外径D0(mm)に対する、内圧を100kPa充填した際のタイヤ外径D100(mm)の比(D100/D0)が、1.073以下であることが望ましい。
D100/D0は、好ましくは1.054以下、より好ましくは1.035以下、更に好ましくは1.028以下、特に好ましくは1.007以下であり、また、好ましくは1.002以上、より好ましくは1.005以上、更に好ましくは1.003以上である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
D100(mm)は、好ましくは255.0mm以上、より好ましくは256.0mm以上、更に好ましくは257.6mm以上、特に好ましくは258.1mm以上であり、また、好ましくは275.0mm以下、より好ましくは267.2mm以下、更に好ましくは263.7mm以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
D0は、例えば、タイヤの外径大きく設計することにより、D0を大きくすることができる。D100、D360はトレッド部にトレッド補強部材を加えること、またトレッド部の厚みを大きくすることや弾性率を高めることにより、トレッド部の剛性を高めることで、小さくすることが可能である。
また、上記手法により、D0、D100、D360を調整することで、D360/D0、D100/D0を調整することも可能である。
なお、本発明において、「正規リム」とは、「正規リム」は、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めているリムであり、例えばJATMA(日本自動車タイヤ協会)であれば「JATMA YEAR BOOK」に記載されている適用サイズにおける“標準リム”、ETRTO(The European Tyre and Rim Technical Organisation)であれば「STANDARDS MANUAL」に記載されている“Measuring Rim”、TRA(The Tire and Rim Association,Inc.)であれば「YEAR BOOK」に記載されている“Design Rim”を指し、JATMA、ETRTO、TRAの順に参照し、参照時に適用サイズがあればその規格に従う。そして規格に定められていないタイヤの場合には、リム組み可能であって、内圧が保持できるリム、即ちリム/タイヤ間からエア漏れを生じさせないリムの内、最もリム径が小さく、次いでリム幅が最も狭いものを指す。
「タイヤの断面幅W0」は、タイヤを正規リムに組付け、内圧を0kPaとした状態のタイヤにおいて、タイヤ側面の模様や文字など全てを含むサイド部間の直線距離(タイヤの総幅)からタイヤの側面の模様、文字などを除いた幅であり、同様に、「タイヤの断面幅W100」は、内圧を100kPaとした状態のタイヤにおける当該幅、「タイヤの断面幅W360」は、内圧を360kPaとした状態のタイヤにおける当該幅である。
「タイヤの外径D0」は、タイヤを正規リムに組付け、内圧を0kPaとした状態のタイヤの外径であり、同様に、「タイヤの外径D100」は内圧を100kPaとした状態のタイヤの外径、「タイヤの外径D360」は内圧を360kPaとした状態のタイヤの外径である。
なお、ここでいう内圧とは、タイヤ内の圧力と大気圧との差であり、内圧0kPaはタイヤ内部の圧力が大気圧(1013hPa)と等しいことを指す。
図2は、図1のタイヤ2のトレッド4の近辺が示された拡大断面図であり、Aは、タイヤ半径方向断面において、タイヤ赤道面上におけるトレッド部4のタイヤ径方向厚みを示している。Bは、タイヤ半径方向断面において、タイヤ赤道面上におけるタイヤ骨格体6のタイヤ径方向厚みB(mm)を示している。
タイヤは2、より効果が得られる観点から、タイヤ半径方向断面において、タイヤ赤道面上におけるトレッド部のタイヤ径方向厚みA(mm)とタイヤ赤道面上におけるタイヤ骨格体のタイヤ径方向厚みB(mm)の合計に対する、前記タイヤ赤道面上におけるトレッド部のタイヤ径方向厚みA(mm)の比(A/(A+B))が、0.50以上、0.80以下であることが望ましい。
A/(A+B)は、好ましくは0.51以上、より好ましくは0.52以上、更に好ましくは0.53以上、特に好ましくは0.54以上であり、また、好ましくは0.75以下、より好ましくは0.70以下、更に好ましくは0.60以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
A/(A+B)が、0.50以上、0.80以下の場合、上記作用効果がより得られるメカニズムは明らかではないが、A/(A+B)をこのような範囲に調整することで、トレッド部の接地形状の変形が抑えられた状態で、トレッド部が路面に追従し、かつ反力を生じ易くすることができるため、更に高速走行時の操縦安定性が向上すると推察される。
Aは、好ましくは3.0mm以上、より好ましくは3.3mm以上、更に好ましくは3.5mm以上であり、また、好ましくは7.0mm以下、より好ましくは5.0mm以下、更に好ましくは4.0mm以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
Bは、好ましくは2.5mm以上、より好ましくは2.7mm以上、更に好ましくは2.9mm以上、特に好ましくは3.0mm以上であり、また、好ましくは3.5mm以下、より好ましくは3.3mm以下、更に好ましくは3.1mm以下である。上記範囲内であると、より効果が得られる傾向がある。
なお、本明細書では、特に断りがない限り、タイヤの子午線断面における各部の寸法及び角度は、回転軸を含む平面に沿ってタイヤを切断することにより得られる、タイヤの断面において、従来のゴム組成物で形成されるタイヤのビード部に相当する部位の左右のビード間の距離を、正規リムに組んだタイヤにおけるビード間の距離に一致させて、測定される。
本発明において、「タイヤ赤道面上におけるトレッド部のタイヤ径方向厚みA」とは、タイヤの回転軸を含む平面で切った断面において、赤道面上におけるトレッド部のタイヤ半径方向外側面から内側表面までの距離を指し、熱可塑性エラストマー組成物で構成されたタイヤ骨格体などの他の部材を含めない距離を指す。また、タイヤ赤道面上に溝を有する場合においては、該溝のタイヤ半径方向最表面側の端部間を繋いだ直線と、赤道面の交点からの直線距離である。
「タイヤ赤道面上におけるタイヤ骨格体のタイヤ径方向厚みB」とは、タイヤの回転軸を含む平面で切った断面において、赤道面上におけるタイヤ骨格体のタイヤ半径方向外側面から内側表面までの距離を指し、トレッド部などの他の部材を含めない距離を指す。
トレッド部4は、半径方向外向きに凸な形状を呈している。トレッド部4は、路面と接地するトレッド面11を形成する。トレッド部4は、単一の加硫ゴム組成物で形成されたもの、複数の加硫ゴム組成物を積層させたもの、単一の熱可塑性エラストマー組成物で形成されたもの、複数の熱可塑性エラストマー組成物を積層させたもの、加硫ゴム組成物及び熱可塑性エラストマー組成物を積層させたもの、のいずれもであっても良い。複数の組成物の積層物とする場合には、タイヤ半径方向に積層させ、更にベーストレッド等の役割を付与することで、直進時、旋回時の性能のバランス向上などが可能となると考えられる。
トレッド部4は、熱可塑性エラストマーや架橋性エラストマーなどを従来の押し出し機で加工し、他の部材と組み合わせた後、型に押し当てることにより、溝形状を形成させても良く、予め溝形状が出るように射出成型したトレッド部を他の部材と組み合わせても良く、また、3Dプリンタなどにより、立体的に形成しても良い。
図1のタイヤ2において、タイヤ骨格体6は、トレッド部4のタイヤ半径方向内側に配されており、半径方向略内向きに延びている。タイヤ骨格体6は熱可塑性エラストマー組成物で構成されているが、単一の熱可塑性エラストマー組成物で形成されたもの、複数の熱可塑性エラストマー組成物を積層させたもの、加硫ゴム組成物及び熱可塑性エラストマー組成物を積層させたもの、のいずれもであっても良い。
このタイヤ骨格体6の半径方向内側部分において、リムとの勘合性や操縦安定性などの観点から、更にチェーファー、ビード補強層に該当する部材を備えても良い。また、タイヤ骨格体6は、タイヤ外面側から内面側の間で複数の異なる組成物からなる積層構造であっても良い。
タイヤ2のタイヤ骨格体6は、熱可塑性エラストマー組成物で構成されている。トレッド部4は、前記のとおり、加硫ゴム組成物で構成されたものでも、熱可塑性エラストマー組成物で構成されたものでもよい。
なお、本発明において、熱可塑性エラストマー組成物は、熱可塑性エラストマーを含む組成物を指す。
内圧上昇によるトレッド部の変形を抑制しやすくする観点から、トレッド部4は、複素弾性率Et*が5.0MPa以上であることが好ましい。
(Et*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
Et*の下限は、より好ましくは6.0MPa以上、更に好ましくは6.5MPa以上である。上限は特に限定されないが、走行時に路面に追従しやすくする観点から、好ましくは15.0MPa以下、より好ましくは13.0MPa以下、更に好ましくは11.2MPa以下である。上記範囲内であると、効果が好適に得られる。
Et*を所定範囲、特に5.0MPa以上、13.0MPa以下とすることで、前記作用効果が得られるメカニズムは明らかではないが、トレッド部が所定範囲のEt*を有することで、路面に追従し、かつ内圧による外径成長を抑制しつつ、反力を生じ易くすることができるため、高速走行時の操縦安定性が向上すると推察される。
効果がより良好に得られる観点から、タイヤ骨格体6は、複素弾性率Eb*が6.0MPa以上であることが好ましい。
(Eb*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
Eb*の下限は、より好ましくは7.0MPa以上、更に好ましくは7.5MPa以上、特に好ましくは8.0MPa以上である。上限は、好ましくは16.0MPa以下、より好ましくは14.0MPa以下、更に好ましくは13.0MPa以下、特に好ましくは12.5MPa以下である。上記範囲内であると、効果が好適に得られる。
Eb*を所定範囲、特に8.0MPa以上、16.0MPa以下とすることで、前記作用効果が得られるメカニズムは明らかではないが、トレッド部で生じた反力をリムに伝えやすくし、かつ、形状変化を抑制しやすくすることが可能となり、高速走行時の操縦安定性が向上すると推察される。
効果がより良好に得られる観点から、タイヤ2は、タイヤ骨格体6のEb*(MPa)に対するトレッド部4の複素弾性率Et*(MPa)の比(Et*/Eb*)が0.5以上であることが好ましい。
(Et*、Eb*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
Et*/Eb*の下限は、より好ましくは0.7以上、さらに好ましくは0.9以上、特に好ましくは1.2以上である。上限は、好ましくは3.0以下、より好ましくは2.5以下、更に好ましくは2.0以下である。上記範囲内であると、効果が好適に得られる。
Et*/Eb*を所定範囲、特に0.5以上、3.0以下とすることで、前期作用効果が得られるメカニズムは明らかではないが、トレッド部の剛性をサイドウォール部に対して相対的に高めることが可能となり、内圧による形状変化を抑制しやすくなり、高速走行時の操縦安定性が向上すると推察される。
本明細書において、複素弾性率E*とは、タイヤ成形後の当該部材(トレッド部、タイヤ骨格体など)のE*を意味し、ゴム組成物の場合、加硫後の複素弾性率に相当するものである。すなわち、熱可塑性エラストマー組成物や、熱可塑性エラストマー組成物とゴム組成物とを含む場合は、タイヤ成形後のE*(ゴム組成物を含む場合は加硫後のE*)であり、ゴム組成物の場合は、タイヤ成形後(加硫後)のE*である。
本明細書において、トレッド部、タイヤ骨格体などのE*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。測定サンプルは製造されたタイヤの各部材から幅4mm、長さ20mm、厚さ1mmの大きさで採取され、タイヤの周方向とサンプルの長手方向は一致させる。
熱可塑性エラストマー組成物のE*は、熱可塑性エラストマー組成物に配合される薬品(特に、熱可塑性エラストマー、充填材、オイルなどの軟化剤)の種類や量によって調整することが可能であり、例えば、ポリエーテル系熱可塑性ポリウレタンエラストマーを用いると、E*が大きくなる傾向があり、ポリエステル系熱可塑性ポリウレタンエラストマーを用いると、E*が小さくなる傾向がある。また、軟化剤の量を減量したり、充填材の量を増量することにより、E*は大きくなる傾向がある。
ゴム組成物のE*は、ゴム組成物に配合される薬品(特に、ゴム成分、充填材、オイルなどの軟化剤)の種類や量によって調整することが可能であり、例えば、軟化剤の量を減量したり、充填材の量を増量したりすることにより、E*は大きくなる傾向がある。
また、熱可塑性エラストマーとゴム成分とを含む組成物は、上記の熱可塑性エラストマー組成物のE*の調整法、ゴム組成物のE*の調整法を適宜組み合わせることで、E*を調整できる。
更に、熱可塑性エラストマー組成物から形成される層、ゴム組成物から形成される層が積層されている場合は、上記の熱可塑性エラストマー組成物のE*の調整法、ゴム組成物のE*の調整法により各層のE*を調整することで、積層体全体のE*も調整できる。
以下において、タイヤ骨格体を構成する熱可塑性エラストマー組成物、トレッド部を構成するゴム組成物または熱可塑性エラストマー組成物に使用可能な成分について説明するが、各成分は、該熱可塑性エラストマー組成物、該ゴム組成物に共通して使用できる。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、使用可能な熱可塑性エラストマーとしては、例えば、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー(エラストマースチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、スチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体(SIS)、スチレン-イソブチレンブロック共重合体(SIB)、スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン-エチレン・ブテン-スチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレン-エチレン・プロピレン-スチレンブロック共重合体(SEPS)、スチレン-エチレン・エチレン・プロピレン-スチレンブロック共重合体(SEEPS)、スチレン-ブタジエン・ブチレン-スチレンブロック共重合体(SBBS)等)、塩ビ系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、ウレタン系熱可塑性エラストマー(熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU))が好ましい。
熱可塑性ポリウレタンエラストマー(ウレタン系熱可塑性エラストマー)としては、例えば、イソシアネート、ポリオール、必要に応じて鎖延長剤で構成されるものが挙げられる。
熱可塑性ポリウレタンエラストマーを構成するイソシアネートとしては、イソシアネート基を2以上有するイソシアネート化合物であれば特に限定されず、例えば、2,4-トルエンジイソシアネート、2,6-トルエンジイソシアネート、2,4-トルエンジイソシアネートと2,6-トルエンジイソシアネートの混合物(TDI)、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5-ナフチレンジイソシアネート(NDI)、3,3’-ビトリレン-4,4’-ジイソシアネート(TODI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)、4,4’-メチレン-ビス(フェニルイソシアネート)等の芳香族イソシアネート;4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、水素添加キシリレンジイソシアネート(HXDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)等の脂環式イソシアネート又は脂肪族イソシアネート等が挙げられる。これらは、1種を用いてもし、2種以上を併用してもよい。
熱可塑性ポリウレタンエラストマーを構成するポリオール(高分子量ポリオール)としては、ポリオキシエチレングリコール(PEG)、ポリオキシプロピレングリコール(PPG)、ポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)等のポリエーテルポリオール;ポリエチレンアジペート(PEA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、ポリヘキサメチレンアジペート(PHMA)などの縮合系ポリエステルポリオール;ポリ-ε-カプロラクトン(PCL)などのラクトン系ポリエステルポリオール;ポリヘキサメチレンカーボネートなどのポリカーボネートポリオール;アクリルポリオールなどが挙げられる。なかでも、長期保管後の乗り心地性能の観点から、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオールが好ましい。これらは、1種を用いてもし、2種以上を併用してもよい。
鎖延長剤としては、低分子量ポリオール、ポリアミン、アミノアルコール等を挙げることができる。なかでも、長期保管後の乗り心地性能などの観点から、低分子量のポリオールが好ましい。
前記低分子量ポリオールとしては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオールなどのトリオール;ペンタエリスリトールなどのテトラオール;ソルビトールなどのヘキサオールなどが挙げられ、また、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオールや、アニリン系ジオール、ビスフェノールA系ジオール等のジオールも挙げられる。これらは、1種を用いてもし、2種以上を併用してもよい。
前記ポリアミンとしては、ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミンなどのトリアミン;エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどの脂肪族系ジアミン、イソホロンジアミン、ピペラジンなどの脂環式系ジアミン、芳香族ジアミンなどのジアミンなどが挙げられる。芳香族ジアミンとしては、例えば、1つの芳香環に2個のアミノ基が結合している単環式芳香族ジアミンでもよいし、少なくとも1つのアミノ基が1つの芳香環に結合しているアミノフェニル基を2個含む多環式芳香族ジアミンでもよい。単環式芳香族ジアミンとしては、フェニレンジアミン、トルエンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、ジメチルチオトルエンジアミンなどのアミノ基が芳香環に直接結合しているタイプ;キシリレンジアミンのようなアミノ基が低級アルキレン基を介して芳香環に結合しているタイプなどが挙げられる。また、多環式芳香族ジアミンとしては、ジアミノジフェニルアルカン(4,4’-ジアミノジフェニルメタン及びその誘導体など)などが挙げられる。これらは、1種を用いてもし、2種以上を併用してもよい。
熱可塑性ポリウレタンエラストマーは、公知の方法により合成でき、合成方法としては、ワンショット法、プレポリマー法を挙げることができる。ワンショット法とは、イソシアネートとポリオール等とを一括に反応させて高分子量化する方法である。一方、プレポリマー法とは、多段階でイソシアネートとポリオール等とを反応させて高分子量化する方法であり、例えば、一旦低分子量のウレタンプレポリマーを合成した後、続けて、該プレポリマーと上述した鎖延長剤とを反応させて高分子量化する方法である。
ポリウレタンの合成には、公知の触媒を使用できる。触媒としては、例えば、トリエチルアミン、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミンなどのモノアミン類;N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン等のポリアミン類;1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウンデセン(DBU)、トリエチレンジアミン等の環状ジアミン類;ジブチルチンジラウリレート、ジブチルチンジアセテートなどの錫系触媒などが挙げられる。これらは、1種を用いてもし、2種以上を併用してもよい。
ポリウレタンのイソシアネートとポリオールとの構成比率は、特に限定されるものではないが、ポリオールの水酸基に対するイソシアネートのイソシアネート基のNCO/OH比(モル比)が好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.8以上である。上記下限を下回る場合には、イソシアネート成分が少なすぎるため、ウレタンの機械的強度が低下する傾向がある。一方、前記NCO/OH比(モル比)は、好ましくは2.5以下、より好ましくは2.2以下、更に好ましくは2.0以下である。上記上限を上回る場合には、イソシアネート成分が過剰となるため、吸湿しやすく、ウレタンの機械的強度が低くなる場合がある。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物に使用可能な熱可塑性エラストマー以外のエラストマー成分としては、例えば、ジエン系ゴムを使用できる。ジエン系ゴムとしては、イソプレン系ゴム、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)などが挙げられる。また、ブチル系ゴム、フッ素ゴムなども挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。タイヤ用途に好適に使用できるという観点から、他のエラストマーとしては、SBR、BR、イソプレン系ゴムが好ましい。
上記ジエン系ゴムは、非変性ジエン系ゴムでもよいし、変性ジエン系ゴムでもよい。
変性ジエン系ゴムとしては、シリカ等の充填剤と相互作用する官能基を有するジエン系ゴムであればよく、例えば、ジエン系ゴムの少なくとも一方の末端を、上記官能基を有する化合物(変性剤)で変性された末端変性ジエン系ゴム(末端に上記官能基を有する末端変性ジエン系ゴム)や、主鎖に上記官能基を有する主鎖変性ジエン系ゴムや、主鎖及び末端に上記官能基を有する主鎖末端変性ジエン系ゴム(例えば、主鎖に上記官能基を有し、少なくとも一方の末端を上記変性剤で変性された主鎖末端変性ジエン系ゴム)や、分子中に2個以上のエポキシ基を有する多官能化合物により変性(カップリング)され、水酸基やエポキシ基が導入された末端変性ジエン系ゴム等が挙げられる。
上記官能基としては、例えば、アミノ基、アミド基、シリル基、アルコキシシリル基、イソシアネート基、イミノ基、イミダゾール基、ウレア基、エーテル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、メルカプト基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、アンモニウム基、イミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、カルボキシル基、ニトリル基、ピリジル基、アルコキシ基、水酸基、オキシ基、エポキシ基等が挙げられる。なお、これらの官能基は、置換基を有していてもよい。なかでも、アミノ基(好ましくはアミノ基が有する水素原子が炭素数1~6のアルキル基に置換されたアミノ基)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1~6のアルコキシ基)、アルコキシシリル基(好ましくは炭素数1~6のアルコキシシリル基)が好ましい。
SBRとしては特に限定されず、例えば、乳化重合スチレンブタジエンゴム(E-SBR)、溶液重合スチレンブタジエンゴム(S-SBR)等を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
SBRのスチレン含量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。また、該スチレン含量は、好ましくは60質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。上記範囲内であると、前記効果がより好適に得られる傾向がある。
なお、本明細書において、SBRのスチレン含量は、H-NMR測定により算出される。
SBRとしては、例えば、住友化学(株)、JSR(株)、旭化成(株)、日本ゼオン(株)等により製造・販売されているSBRを使用できる。
SBRは、非変性SBRでもよいし、変性SBRでもよい。変性SBRとしては、変性ジエン系ゴムと同様の官能基が導入された変性SBRが挙げられる。
BRは特に限定されず、例えば、高シス含量のハイシスBR、シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するBR、希土類系触媒を用いて合成したBR(希土類BR)等を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、シス含量が90質量%以上のハイシスBRが好ましい。
また、BRは、非変性BRでもよいし、変性BRでもよい。変性BRとしては、変性ジエン系ゴムと同様の官能基が導入された変性BRが挙げられる。
BRとしては、例えば、宇部興産(株)、JSR(株)、旭化成(株)、日本ゼオン(株)等の製品を使用できる。
イソプレン系ゴムとしては、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、改質NR、変性NR、変性IR等が挙げられる。NRとしては、例えば、SIR20、RSS♯3、TSR20等、ゴム工業において一般的なものを使用できる。IRとしては、特に限定されず、例えば、IR2200等、ゴム工業において一般的なものを使用できる。改質NRとしては、脱タンパク質天然ゴム(DPNR)、高純度天然ゴム(UPNR)等、変性NRとしては、エポキシ化天然ゴム(ENR)、水素添加天然ゴム(HNR)、グラフト化天然ゴム等、変性IRとしては、エポキシ化イソプレンゴム、水素添加イソプレンゴム、グラフト化イソプレンゴム等、が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物は、架橋剤を含んでもよく、特に、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物は、効果がより良好に得られる観点から、架橋剤を含むことが好ましい。前記架橋剤としては公知の架橋剤を適宜使用できるが、部分的に前記熱可塑性エラストマー同士を結合させてネットワークを形成できる作用を有するものを好適に使用できる。この場合、例えば、前記熱可塑性エラストマーの架橋状態を合成時に調整するのではなく、架橋剤を後入れし、二軸押出機で混練、熱処理をすることで、硬度の変化を抑制しつつ、架橋状態を変えることが可能である。
このような架橋剤としては、効果がより良好に得られる観点から、前述のイソシアネートを好適に使用できる。イソシアネートのなかでも、MDI(4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、メチレンビス(4,1-フェニレン)ジイソシアネートが好ましく、MDIがより好ましい。これらは、1種を用いてもし、2種以上を併用してもよい。
なお、架橋剤としてイソシアネート、熱可塑性エラストマーとして前記熱可塑性ポリウレタンエラストマーを用いる場合、前記熱可塑性エラストマー組成物は、熱可塑性ポリウレタンエラストマーを構成するイソシアネートとは別に、架橋剤としてのイソシアネートを含む。つまり、この場合、前記熱可塑性エラストマー組成物は、架橋済の熱可塑性ポリウレタンエラストマーと、イソシアネート(別の架橋剤)とを含むことになる。
タイヤ骨格体6又はトレッド部4を構成する熱可塑性エラストマー組成物において、エラストマー成分100質量%中の熱可塑性エラストマーの含有量は特に限定されないが、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは80質量%以上であり、100質量%でもよい。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。熱可塑性エラストマー組成物は、エラストマー成分として、ジエン系ゴムなどを含んでもよいが、エラストマー成分100質量%中、50質量%未満が好ましい。
トレッド部4を構成するゴム組成物において、エラストマー成分100質量%中のジエンン系ゴムの含有量は特に限定されないが、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは80質量%以上であり、100質量%でもよい。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。ゴム組成物は、エラストマー成分として、熱可塑性エラストマーなどを含んでもよいが、エラストマー成分100質量%中、50質量%未満が好ましい。
トレッド部4を構成するゴム組成物がSBRを含有する場合、エラストマー成分100質量%中のSBRの含有量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。上限は、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。上記範囲内であると、前記効果がより好適に得られる傾向がある。
トレッド部4を構成するゴム組成物がBRを含有する場合、エラストマー成分100質量%中のBRの含有量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。上限は、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。上記範囲内であると、前記効果がより好適に得られる傾向がある。
トレッド部4を構成するゴム組成物がイソプレン系ゴムを含有する場合、エラストマー成分100質量%中のイソプレン系ゴムの含有量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。上限は、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。上記範囲内であると、前記効果がより好適に得られる傾向がある。
タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物において、前記架橋剤(熱可塑性エラストマーの構成成分以外に別途配合する架橋剤)の含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは1.0質量部以上、より好ましくは2.0質量部以上、更に好ましくは2.5質量部以上、特に好ましくは3.0以上である。上限は、好ましくは15.0質量部以下、より好ましくは10.0質量部以下、更に好ましくは7.0質量部以下、特に好ましくは5.0質量部以下である。上記範囲内であると、前記効果がより好適に得られる傾向がある。
タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物において、架橋剤としてのイソシアネート(熱可塑性エラストマーの構成成分のイソシアネート以外に別途配合するイソシアネート)の含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは1.0質量部以上、より好ましくは2.0質量部以上、更に好ましくは2.5質量部以上、特に好ましくは3.0以上である。上限は、好ましくは15.0質量部以下、より好ましくは10.0質量部以下、更に好ましくは7.0質量部以下、特に好ましくは5.0質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物において、架橋剤としてのMDI(熱可塑性エラストマーの構成成分のMDI以外に別途配合するMDI)の含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは1.0質量部以上、より好ましくは2.0質量部以上、更に好ましくは2.5質量部以上、特に好ましくは3.0以上である。上限は、好ましくは15.0質量部以下、より好ましくは10.0質量部以下、更に好ましくは7.0質量部以下、特に好ましくは5.0質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物は、フィラーを適宜配合でき、例えば、繊維等が挙げられる。一般に分散が困難な繊維状フィラーも使用可能であり、例えば、ミクロフィブリル化植物繊維、短繊維状セルロース、ゲル状化合物等の難分散性フィラーでも好適に適用できる。
上記ミクロフィブリル化植物繊維としては、良好な補強性が得られるという点から、セルロースミクロフィブリルが好ましい。セルロースミクロフィブリルとしては、天然物由来のものであれば特に制限されず、例えば、果実、穀物、根菜などの資源バイオマス、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、及びこれらを原料として得られるパルプや紙、布、農作物残廃物、食品廃棄物や下水汚泥などの廃棄バイオマス、稲わら、麦わら、間伐材などの未使用バイオマスの他、ホヤ、酢酸菌等の生産するセルロースなどに由来するものが挙げられる。これらのミクロフィブリル化植物繊維は、1種を用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、本明細書において、セルロースミクロフィブリルとは、典型的には、平均繊維径が10μm以下の範囲内であるセルロース繊維、より典型的には、セルロース分子の集合により形成されている平均繊維径500nm以下の微小構造を有するセルロース繊維を意味する。典型的なセルロースミクロフィブリルは、例えば、上記のような平均繊維径を有するセルロース繊維の集合体として形成されている。
上記ミクロフィブリル化植物繊維の製造方法としては特に限定されないが、例えば、上記セルロースミクロフィブリルの原料を必要に応じて水酸化ナトリウム等のアルカリで化学処理した後、リファイナー、二軸混練機(二軸押出機)、二軸混練押出機、高圧ホモジナイザー、媒体撹拌ミル、石臼、グラインダー、振動ミル、サンドグラインダー等により機械的に磨砕ないし叩解する方法が挙げられる。これらの方法では、化学処理によって原料からリグニンが分離されるため、リグニンを実質的に含有しないミクロフィブリル化植物繊維が得られる。また、その他の方法として、上記セルロースミクロフィブリルの原料を超高圧処理する方法なども挙げられる。
上記ミクロフィブリル化植物繊維としては、例えば、(株)スギノマシン等の製品を使用できる。
なお、上記ミクロフィブリル化植物繊維としては、上記製造方法により得られたものに更に、酸化処理や種々の化学変性処理などを施したものや、上記セルロースミクロフィブリルの由来となり得る天然物(例えば、木材、パルプ、竹、麻、ジュート、ケナフ、農作物残廃物、布、紙、ホヤセルロース等)をセルロース原料として、酸化処理や種々の化学変性処理などを行い、その後に必要に応じて解繊処理を行ったものも使用できる。例えば、酸化処理を施したミクロフィブリル化植物繊維を好適に使用できる。
酸化処理の態様としては、例えば、N-オキシル化合物を用いた酸化処理などが例示される。上記N-オキシル化合物を用いた酸化処理は、例えば、水中においてN-オキシル化合物を酸化触媒とし、ミクロフィブリル化植物繊維に共酸化剤を作用させる方法で行うことができる。上記N-オキシル化合物としては、例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)及びその誘導体などが挙げられる。上記共酸化剤としては、例えば、次亜塩素酸ナトリウムなどが挙げられる。
上記ミクロフィブリル化植物繊維の平均繊維径は、10μm以下であることが好ましい。上記範囲であることにより、エラストマー中でのミクロフィブリル化植物繊維の分散性を向上できる。また、加工中のミクロフィブリル化植物繊維の破損が抑えられる傾向にある。当該平均繊維径は、500nm以下がより好ましく、100nm以下が更に好ましく、50nm以下が特に好ましい。また、該平均繊維径の下限は特に制限されないが、ミクロフィブリル化植物繊維の絡まりがほどけにくく、分散し難いという理由から、4nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、20nm以上が更に好ましい。
上記ミクロフィブリル化植物繊維の平均繊維長は、100nm以上であることが好ましく、より好ましくは300nm以上、更に好ましくは500nm以上である。また、5mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましく、50μm以下が更に好ましく、3μm以下が特に好ましく、2μm以下が最も好ましい。平均繊維長が下限未満の場合や上限を超える場合は、前述の平均繊維径と同様の傾向がある。
なお、上記ミクロフィブリル化植物繊維が2種以上の組み合わせからなる場合、上記平均繊維径、上記平均繊維長は、ミクロフィブリル化植物繊維全体での平均として算出される。
本明細書において、上記ミクロフィブリル化植物繊維の平均繊維径及び平均繊維長は、走査型電子顕微鏡写真による画像解析、透過型電子顕微鏡写真による画像解析、原子間力顕微鏡写真による画像解析、X線散乱データの解析、細孔電気抵抗法(コールター原理法)等によって測定できる。
上記短繊維状セルロースは、エラストマー中での分散性が良好なことから、エラストマーの破壊強度を損なうことなく、維持又は改善でき、エラストマー物性が良好になる。
上記短繊維状セルロースの繊維幅は、3~200μmであることが好ましい。通常、熱可塑性エラストマー複合体に配合される繊維状のフィラーは、繊維幅が小さいほどエラストマーの補強性の面で好ましいが、一方で繊維幅の小さい繊維状フィラーは配向しにくい傾向があるところ、エラストマーの補強性と繊維の配向性のバランスの観点、更にはエラストマー中での分散性の観点から、当該繊維幅としては、10μm以上が好ましく、15μm以上がより好ましく、20μm以上が更に好ましい。また、120μm以下が好ましく、80μm以下がより好ましく、50μm以下が更に好ましい。
上記短繊維状セルロースの繊維長は、20~1000μmであることが好ましい。繊維幅同様に、エラストマーの補強性と繊維の配向性のバランスの観点、更にはエラストマー中での分散性の観点から、当該繊維長としては、50μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましく、200μm以上が更に好ましい。また、700μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましい。
上記短繊維状セルロースは、繊維幅と繊維長との比(繊維長/繊維幅)が5~1000であることが好ましい。繊維幅同様に、エラストマーの補強性と繊維の配向性のバランスの観点から、当該繊維幅と繊維長との比としては、6以上が好ましく、10以上がより好ましい。また、800以下が好ましく、500以下がより好ましく、400以下が更に好ましく、300以下が特に好ましい。
上記短繊維状セルロースの繊維幅及び繊維長は、走査型原子間力顕微鏡写真の画像解析、走査型電子顕微鏡写真の画像解析、透過型顕微鏡写真の画像解析、X線散乱データの解析、細孔電気抵抗法(コールター原理法)等によって測定できる。
ゲル状化合物は、ミクロフィブリル化植物繊維や短繊維状セルロースをゲル化させて得られる物質である。このようなゲル化物を用いた場合にも、該ゲル状化合物を良好に分散できる。ゲル化の方法としては特に限定されず、超高圧ホモジナイザー等を用いて撹拌する方法等が挙げられる。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、前記難分散性フィラーの含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上、更に好ましくは1質量部以上である。該含有量の上限は、好ましくは50質量部以下、より好ましくは30質量部以下、更に好ましくは20質量部以下、特に好ましくは10質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物は、各種物性の観点から、フィラーとしてシリカを含んでもよい。シリカとしては、乾式法シリカ(無水シリカ)、湿式法シリカ(含水シリカ)などが挙げられる。なかでも、シラノール基が多いという理由から、湿式法シリカが好ましい。市販品としては、デグッサ社、ローディア社、東ソー・シリカ(株)、ソルベイジャパン(株)、(株)トクヤマ等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シリカの窒素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは70m/g以上、より好ましくは140m/g以上、更に好ましくは160m/g以上である。下限以上にすることで、良好な長期保管後の乗り心地性能、破壊強度が得られる傾向がある。また、シリカのNSAの上限は特に限定されないが、好ましくは500m/g以下、より好ましくは300m/g以下、更に好ましくは250m/g以下である。上限以下にすることで、良好な分散性が得られる傾向がある。
なお、シリカのNSAは、ASTM D3037-93に準じてBET法で測定される値である。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、シリカの含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは25質量部以上、より好ましくは30質量部以上、更に好ましくは50質量部以上である。該含有量の上限は特に限定されないが、好ましくは300質量部以下、より好ましくは200質量部以下、更に好ましくは170質量部以下、特に好ましくは100質量部以下、最も好ましくは80質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物がシリカを含む場合、更にシランカップリング剤を含むことが好ましい。
シランカップリング剤としては、特に限定されず、例えば、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2-トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4-トリエトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2-トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(2-トリエトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4-トリメトキシシリルブチル)トリスルフィド、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2-トリエトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4-トリエトキシシリルブチル)ジスルフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2-トリメトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4-トリメトキシシリルブチル)ジスルフィド、3-トリメトキシシリルプロピル-N,N-ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2-トリエトキシシリルエチル-N,N-ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3-トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、などのスルフィド系、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2-メルカプトエチルトリエトキシシラン、Momentive社製のNXT、NXT-Zなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、などのグリシドキシ系、3-ニトロプロピルトリメトキシシラン、3-ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルトリエトキシシランなどのクロロ系などがあげられる。市販品としては、デグッサ社、Momentive社、信越シリコーン(株)、東京化成工業(株)、アヅマックス(株)、東レ・ダウコーニング(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、シランカップリング剤の含有量は、シリカ100質量部に対して、3質量部以上が好ましく、6質量部以上がより好ましい。3質量部以上であると、良好な破壊強度等が得られる傾向がある。また、上記含有量は、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましい。20質量部以下であると、配合量に見合った効果が得られる傾向がある。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物は、各種物性の観点から、フィラーとしてカーボンブラックを含んでもよい。カーボンブラックを用いることで、エラストマー組成物の強度を向上させやすくすることが出来ると考えられる。
カーボンブラックとしては、特に限定されないが、N134、N110、N220、N234、N219、N339、N330、N326、N351、N550、N762等が挙げられる。市販品としては、旭カーボン(株)、キャボットジャパン(株)、東海カーボン(株)、三菱化学(株)、ライオン(株)、新日化カーボン(株)、コロンビアカーボン社等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、カーボンブラックの含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは3質量部以上である。また、上記含有量は、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は、50m/g以上が好ましく、80m/g以上がより好ましく、100m/g以上が更に好ましい。また、上記NSAは、200m/g以下が好ましく、150m/g以下がより好ましく、130m/g以下が更に好ましい。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、JIS K6217-2:2001によって求められる。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物は、前記難燃性フィラー、シリカ、カーボンブラック以外の他のフィラーを配合してもよい。他のフィラーとしては、炭酸カルシウム、タルク、アルミナ、クレー、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、マイカなどが挙げられる。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物は、可塑剤を配合してもよい。
本明細書において、可塑剤とは、ゴム成分に可塑性を付与する材料であり、常温(25℃)において液体であっても、固体であっても良い。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、可塑剤の含有量(液体可塑剤、固体可塑剤等の合計量)は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは3質量部以上、更に好ましくは5質量部以上である。また、上記含有量は、好ましくは80質量部以下、より好ましくは60質量部以下、更に好ましくは50質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、可塑剤の含有量には、ゴム(油展ゴム、樹脂伸展ゴム)、硫黄(オイル含有硫黄)に含まれるオイルや樹脂の量も含まれる。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、常温(25℃)において液体状態の液体可塑剤の含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは3質量部以上、更に好ましくは5質量部以上である。また、上記含有量は、好ましくは50質量部以下、より好ましくは30質量部以下、更に好ましくは20質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、常温(25℃)において固体状態の固体可塑剤の含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは3質量部以上、更に好ましくは5質量部以上である。また、上記含有量は、好ましくは50質量部以下、より好ましくは30質量部以下、更に好ましくは20質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
可塑剤としては、オイル、液状ポリマー、樹脂類等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記オイルとしては、特に限定されず、パラフィン系プロセスオイル、アロマ系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルなどのプロセスオイル、TDAE、MES等の低PCA(多環式芳香族)プロセスオイル、植物油、及びこれらの混合物等、従来公知のオイルを使用できる。これらは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、ライフサイクルアナリシスの観点から、ゴム混合用ミキサーや自動車エンジンなどで使用されたあとの潤滑油や廃食油などを適宜用いても良い。
植物油としては、例えば、あまに油、なたね油、べに花油、大豆油、コーン油、綿実油、米油、トール油 、ごま油、えごま油、ひまし油、桐油、パイン油、パインタール油、ひまわり油、ココナッツ油、パーム油、パーム核油、オリーブ油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、落花生油、グレープシード油、木ろう等が挙げられる。さらに、植物油としては、前記油を精製した精製油(サラダ油など)、前記油をエステル交換したエステル交換油、前記油を水素添加した硬化油、前記油を熱重合させた熱重合油、前記油を酸化させた酸化重合油、食用油等として利用したものを回収した廃食用油等も挙げられる。なお、植物油は常温(25℃)で液体であっても固体であっても良い。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
植物油としては、アシルグリセロールが好ましく、トリアシルグリセロールがより好ましい。なお、本明細書中において、アシルグリセロールとは、グリセリンの持つヒドロキシ基とカルボン酸とがエステル結合をした化合物を指す。アシルグリセロールとしては、特に限定されず、1-モノアシルグリセロールでもよく、2-モノアシルグリセロールでもよく、1,2-ジアシルグリセロールでもよく、1,3-ジアシルグリセロールでもよく、トリアシルグリセロールでもよい。さらに、アシルグリセロールは、単量体でもよく、2量体でもよく、3量体以上の多量体であってもよい。なお、2量体以上のアシルグリセロールは、熱重合や酸化重合等によって得ることができる。また、アシルグリセロールは常温(25℃)で液体であっても固体であっても良い。
熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物中に前記アシルグリセロールが含まれているか確認する方法としては、特に限定されないが、H-NMR測定によって確認することができる。例えば、トリアシルグリセロールを配合した熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物を常温(25℃)で24時間重クロロホルムに浸漬し、熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物を除いた後、室温下でH-NMRを測定し、テトラメチルシラン(TMS)のシグナルを0.00ppmとした場合、5.26ppm付近、4.28ppm付近、4.15ppm付近のシグナルが観測され、該シグナルはエステル基の酸素原子に隣接する炭素原子に結合した水素原子由来のシグナルと推測される。なお、この段落における「付近」とは、±0.10ppmの範囲とする。
前記カルボン酸としては、特に限定されず、不飽和脂肪酸であっても、飽和脂肪酸であっても良い。不飽和脂肪酸としては、オレイン酸等の一価不飽和脂肪酸や、リノール酸、リノレン酸等の多価不飽和脂肪酸が挙げられる。
上記液状ポリマーとしては、例えば、25℃で液状ジエン系ポリマー(液状ゴム)や液状ファルネセン系ポリマーなどが挙げられる。液状ゴムとしては液状スチレンブタジエン共重合体(液状SBR)、液状ブタジエン重合体(液状BR)、液状イソプレン重合体(液状IR)、液状スチレンイソプレン共重合体(液状SIR)、液状スチレンブタジエンスチレンブロック共重合体(液状SBSブロックポリマー)、液状スチレンイソプレンスチレンブロック共重合体(液状SISブロックポリマー)等が挙げられる。これらは、末端や主鎖が極性基で変性されていても構わない。また、これらの水素添加物も使用可能である。
上記液状ジエン系ポリマーは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が、1.0×10~5.0×10であることが好ましく、3.0×10~1.5×10であることがより好ましい。また、該液状ジエン系ポリマーのMwの下限又は上限は、4500、8500でもよい。
なお、本明細書において、液状ジエン系ポリマーのMwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算値である。
上記液状ジエン系ポリマーとしては、例えば、サートマー社、(株)クラレ等の製品を使用できる。
上記樹脂としては、タイヤ配合物として、通常用いられる樹脂(レジン)を使用でき、常温(25℃)において液体であっても固体であっても良い。例えば芳香族ビニル重合体、クマロンインデン樹脂、クマロン樹脂、インデン樹脂、フェノール樹脂、ロジン樹脂、石油樹脂、テルペン系樹脂、アクリル系樹脂などが挙げられる。また、樹脂は、水添されていてもよい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、樹脂自体が複数の由来のモノマー成分を共重合したものでもよい。これらのなかでも、効果がより良好に得られる観点から、芳香族ビニル重合体、石油樹脂、テルペン系樹脂が好ましく、芳香族ビニル重合体が特に好ましい。
上記樹脂の軟化点は、常温において固体である樹脂を用いる場合は50℃以上が好ましく、55℃以上がより好ましく、60℃以上が更に好ましく、85℃以上が特に好ましい。また、160℃以下が好ましく、150℃以下がより好ましく、140℃以下が更に好ましく、100℃以下が特に好ましい。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。なお、樹脂が常温において液体である場合には軟化点は20℃以下が好ましく、10℃以下が好ましく、0℃以下であることが好ましい。
なお、上記樹脂の軟化点は、JIS K6220-1:2001に規定される軟化点を環球式軟化点測定装置で測定し、球が降下した温度である。
上記芳香族ビニル重合体は、芳香族ビニルモノマーを構成単位として含むポリマーである。例えば、α-メチルスチレン及び/又はスチレンを重合して得られる樹脂が挙げられ、具体的には、スチレンの単独重合体(スチレン樹脂)、α-メチルスチレンの単独重合体(α-メチルスチレン樹脂)、α-メチルスチレンとスチレンとの共重合体、スチレンと他のモノマーの共重合体などが挙げられる。
上記クマロンインデン樹脂は、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、クマロン及びインデンを含む樹脂である。クマロン、インデン以外に骨格に含まれるモノマー成分としては、スチレン、α-メチルスチレン、メチルインデン、ビニルトルエンなどが挙げられる。
上記クマロン樹脂は、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、クマロンを含む樹脂である。
上記インデン樹脂は、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、インデンを含む樹脂である。
上記フェノール樹脂としては、例えば、フェノールと、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラールなどのアルデヒド類とを酸又はアルカリ触媒で反応させることにより得られるポリマー等の公知のものを使用できる。なかでも、酸触媒で反応させることにより得られるもの(ノボラック型フェノール樹脂など)が好ましい。
上記ロジン樹脂としては、天然ロジン、重合ロジン、変性ロジン、これらのエステル化合物、これらの水素添加物に代表されるロジン系樹脂等が挙げられる。
上記石油樹脂としては、C5系樹脂、C9系樹脂、C5/C9系樹脂、ジシクロペンタジエン(DCPD)樹脂、C9/DCPD樹脂、これらの水素添加物などが挙げられる。なかでも、DCPD樹脂、水添DCPD樹脂、C9/DCPD樹脂、C9/水添DCPD樹脂が好ましい。
上記テルペン系樹脂は、テルペンを構成単位として含むポリマーであり。例えば、テルペン化合物を重合して得られるポリテルペン樹脂、テルペン化合物と芳香族化合物とを重合して得られる芳香族変性テルペン樹脂などが挙げられる。芳香族変性テルペン樹脂としては、テルペン化合物及びフェノール系化合物を原料とするテルペンフェノール樹脂や、テルペン化合物及びスチレン系化合物を原料とするテルペンスチレン樹脂、テルペン化合物、フェノール系化合物及びスチレン系化合物を原料とするテルペンフェノールスチレン樹脂も使用できる。なお、テルペン化合物としては、α-ピネン、β-ピネンなど、フェノール系化合物としては、フェノール、ビスフェノールAなど、芳香族化合物としては、スチレン系化合物(スチレン、α-メチルスチレンなど)が挙げられる。
上記アクリル系樹脂は、アクリル系モノマーを構成単位として含むポリマーである。例えば、カルボキシル基を有し、芳香族ビニルモノマー成分とアクリル系モノマー成分とを共重合して得られる、スチレンアクリル樹脂等のスチレンアクリル系樹脂などが挙げられる。なかでも、無溶剤型カルボキシル基含有スチレンアクリル系樹脂を好適に使用できる。
可塑剤としては、例えば、出光興産(株)、三共油化工業(株)、(株)ジャパンエナジー、オリソイ社、H&R社、豊国製油(株)、昭和シェル石油(株)、富士興産(株)、日清オイリオグループ(株)、丸善石油化学(株)、住友ベークライト(株)、ヤスハラケミカル(株)、東ソー(株)、RutgersChemicals社、BASF社、アリゾナケミカル社、エクソンモービル社、KRATON社、日塗化学(株)、(株)日本触媒、ENEOS(株)、荒川化学工業(株)、田岡化学工業(株)等の製品を使用できる。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物は、耐クラック性、耐オゾン性等の観点から、老化防止剤を含有することが好ましい。
老化防止剤としては特に限定されないが、フェニル-α-ナフチルアミン等のナフチルアミン系老化防止剤;オクチル化ジフェニルアミン、4,4′-ビス(α,α′-ジメチルベンジル)ジフェニルアミン等のジフェニルアミン系老化防止剤;N-イソプロピル-N′-フェニル-p-フェニレンジアミン、N-(1,3-ジメチルブチル)-N′-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N′-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン等のp-フェニレンジアミン系老化防止剤;2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリンの重合物等のキノリン系老化防止剤;2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、スチレン化フェノール等のモノフェノール系老化防止剤;テトラキス-[メチレン-3-(3′,5′-ジ-t-ブチル-4′-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン等のビス、トリス、ポリフェノール系老化防止剤などが挙げられる。なかでも、p-フェニレンジアミン系老化防止剤、キノリン系老化防止剤が好ましく、N-(1,3-ジメチルブチル)-N′-フェニル-p-フェニレンジアミン、2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリンの重合物がより好ましい。市販品としては、例えば、精工化学(株)、住友化学(株)、大内新興化学工業(株)、フレクシス社等の製品を使用できる。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、老化防止剤の含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは0.2質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上である。下限以上にすることで、充分な耐オゾン性が得られる傾向がある。該含有量は、好ましくは7.0質量部以下、より好ましくは4.0質量部以下である。上限以下にすることで、良好な外観が得られる傾向がある。
上記熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物は、ステアリン酸を含んでもよい。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、ステアリン酸の含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは0.5~10質量部以上、より好ましくは0.5~5質量部である。
なお、ステアリン酸としては、従来公知のものを使用でき、例えば、日油(株)、NOF社、花王(株)、富士フイルム和光純薬(株)、千葉脂肪酸(株)等の製品を使用できる。
上記熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物は、酸化亜鉛を含むことが好ましい。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、酸化亜鉛の含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは1~5質量部である。
なお、酸化亜鉛としては、従来公知のものを使用でき、例えば、三井金属鉱業(株)、東邦亜鉛(株)、ハクスイテック(株)、正同化学工業(株)、堺化学工業(株)等の製品を使用できる。
上記熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物には、ワックスを配合してもよい。ワックスとしては特に限定されず、石油系ワックス、天然系ワックスなどが挙げられ、また、複数のワックスを精製又は化学処理した合成ワックスも使用可能である。これらのワックスは、単独で使用しても、2種類以上を併用してもよい。
石油系ワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等が挙げられる。天然系ワックスとしては、石油外資源由来のワックスであれば特に限定されず、例えば、キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ライスワックス、ホホバろうなどの植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン、鯨ろうなどの動物系ワックス;オゾケライト、セレシン、ペトロラクタムなどの鉱物系ワックス;及びこれらの精製物などが挙げられる。市販品としては、例えば、大内新興化学工業(株)、日本精蝋(株)、精工化学(株)等の製品を使用できる。なお、ワックスの含有量は、耐オゾン性、コストの点から、適宜設定すれば良い。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、ワックスの含有量は、エラストマー成分100質量部に対して、好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは1~5質量部である。
上記熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物がジエン系ゴム成分を含む場合、ジエン系ゴム成分のポリマー鎖に適度な架橋鎖を形成し、良好な前記性能バランスを付与するという点で、硫黄を配合してもよい。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、硫黄の含有量は、前記ジエン系ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上、更に好ましくは0.7質量部以上である。該含有量は、好ましくは6.0質量部以下、より好ましくは4.0質量部以下、更に好ましくは3.0質量部以下である。
硫黄としては、ゴム工業において一般的に用いられる粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄、可溶性硫黄などが挙げられる。市販品としては、鶴見化学工業(株)、軽井沢硫黄(株)、四国化成工業(株)、フレクシス社、日本乾溜工業(株)、細井化学工業(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記熱可塑性エラストマー組成物は、加硫促進剤を含んでもよい。
トレッド部4、タイヤ骨格体6を構成する熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物において、加硫促進剤の含有量は特に制限はなく、要望する加硫速度や架橋密度に合わせて自由に決定すれば良いが、エラストマー成分100質量部に対して、通常、0.3~10質量部、好ましくは0.5~7質量部である。
加硫促進剤の種類は特に制限はなく、通常用いられているものを使用可能である。加硫促進剤としては、2-メルカプトベンゾチアゾール、ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド、N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド等のチアゾール系加硫促進剤;テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラベンジルチウラムジスルフィド(TBzTD)、テトラキス(2-エチルヘキシル)チウラムジスルフィド(TOT-N)等のチウラム系加硫促進剤;N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N-t-ブチル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N-オキシエチレン-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N,N’-ジイソプロピル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド等のスルフェンアミド系加硫促進剤;ジフェニルグアニジン、ジオルトトリルグアニジン、オルトトリルビグアニジン等のグアニジン系加硫促進剤を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、前記性能バランスの観点から、スルフェンアミド系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤が好ましい。
上記熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物には、上記成分以外にも、離型剤や顔料等の応用分野に従って、それらの使用に使われる通常の添加物を適宜配合してもよい。
上記熱可塑性エラストマー組成物、ゴム組成物の製造方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、上記熱可塑性エラストマー等の各成分を用いて、射出成型等の公知の成型法を用いて製造できる。また、上記各成分をオープンロール、バンバリーミキサーなどのゴム混練装置を用いて混練し、必要に応じて架橋する方法などにより製造できる。なお、混練条件としては、混練温度は、通常50~200℃、好ましくは80~190℃であり、混練時間は、通常30秒~30分、好ましくは1分~30分である。
なかでも、上記熱可塑性エラストマー組成物は、上記熱可塑性エラストマー等を含む組成物を100℃以上の条件下で熱処理を施して作製されるものであることが好ましく、特に、上記熱可塑性ポリウレタンエラストマー及び4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートを含む組成物を100℃以上の条件下で熱処理を施して作製されるものであることが好ましい。該熱処理温度は、130℃以上がより好ましく、140℃以上が更に好ましく、150℃以上が特に好ましい。熱処理時間は特に限定されず、適宜設定すれば良いが、0.5~24時間が好ましく、2~12時間がより好ましく、3~8時間が更に好ましい。
図1のタイヤ2は、ビード部にビードコア9を備えている。ビードコア9は、例えば、スチールコードを巻回された非伸縮性ワイヤーから形成されている。
図1のタイヤ2は、効果がより良好に得られる観点から、タイヤ骨格体6のタイヤ内表面側にトレッド部補強層8を備えることが望ましい。
このような効果が得られるメカニズムは明らかではないが、タイヤ骨格体のタイヤ内表面側にトレッド部補強層を備えることで、タイヤ外径、タイヤ断面幅の変化を抑制しやすくなり、高速走行時の操縦安定性が向上すると推察される。
図1のタイヤ2では、タイヤ骨格体6のタイヤ内面のトレッド部補強層8は、タイヤ内面の全体(トレッド部4のタイヤ内表面側のみでなく、サイドウォール部、ビード部の内表面側まで)に設けられているが、タイヤ骨格体6の内面の一部のみにトレッド部補強層8が設けられていてもよい。なかでも、効果がより良好に得られる観点から、タイヤ骨格体6のタイヤ内面の全体にトレッド部補強層8が設けられていることが望ましい。
なお、タイヤ骨格体6とトレッド部補強層8との間に、他の層や部材が設けられていてもよい。
トレッド部補強層8は、効果がより良好に得られる観点から、各種樹脂を用いた層、部材であることが望ましい。
トレッド部補強層8に使用可能な樹脂としては、上述の効果を付与できる任意の樹脂を使用できる。
具体的には、ポリエチレン系樹脂(低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状(線状)低密度ポリエチレンなど)、ポリプロピレン系樹脂などのポリオレフィン系樹脂;環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル-スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エチレン-ビニルエステル共重合体ケン化物、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂;各種のナイロン等のポリアミド系樹脂;ポリウレタン系樹脂;アセタール系樹脂;セルロース系樹脂;などが挙げられる。
なかでも、効果がより良好に得られる観点から、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂を好ましく、ポリエチレンテレフタレートがより好ましい。
トレッド部補強層8には、上記熱可塑性エラストマーを使用することも可能である。
また、トレッド部補強層8には、スチール等の金属繊維コードや、ポリエステル、ナイロン、レーヨン、アラミドなどの有機繊維コードも好適に使用できる。
効果がより良好に得られる観点から、トレッド部補強層8は、複素弾性率Ef*が100MPa以上、1200MPa以下であることが望ましい。
(Ef*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
Ef*の下限は、好ましくは500MPa以上、より好ましくは800MPa以上、更に好ましくは900MPa以上である。上限は、好ましくは1190MPa以下、より好ましくは1080MPa以下、更に好ましくは1070MPa以下である。上記範囲内であると、効果が好適に得られる。
Ef*を100MPa以上、1200MPa以下とすることで、前記作用効果が得られるメカニズムは明らかではないが、内面での補強性が高まり、形状変化を抑制しやすくなるため、高速走行時の操縦安定性が向上すると推察される。
トレッド部補強層8の厚みは、好ましくは0.5mm以上、より好ましくは0.7mm以上、更に好ましくは0.8mm以上、特に好ましくは1.0mm以上であり、また、好ましくは2.0mm以下、より好ましくは1.8mm以下、更に好ましくは1.5mm以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、本発明において、「トレッド部補強層の厚み」は、タイヤの回転軸を含む平面で切った断面において、トレッド部補強層のタイヤ赤道面上におけるトレッド部補強層の厚みである。図2のタイヤにおいて、T8はトレッド部補強層の厚みを示す。
トレッド補強層8は、例えば、タイヤ骨格体6内表面側や、必要に応じてトレッド補強層8とタイヤ骨格体6の間に配される部材の内表面側溶着することで形成することができる。
タイヤ2は、操縦安定性などの観点からビード部において、更にクリンチやビードエイペックスの様な従来のタイヤが取り得るゴム組成物と同様の役割を果たす組成物層を設けても良い。
また、タイヤ2は、トレッド部4及びタイヤ骨格体6に加えて、更に従来のタイヤのカーカスを備えても良い。カーカスはカーカスプライからなり、カーカスプライは、並列された多数のコードと被覆層とからなる。それぞれのコードがタイヤ赤道面に対してなす角度の絶対値は、75°から90°が好適である。換言すれば、このカーカスはラジアル構造を有することが好ましい。コードは、有機繊維からなる。好ましい有機繊維として、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維及びアラミド繊維が例示される。
さらにタイヤ2は、ベルト層及びベルト補強層を設けても良い。
図示されていないが、ベルト層及びベルト補強層は、それぞれ、並列された多数のコードと被覆層を含んでも良い。ベルト層を備える場合、それぞれのコードは、赤道面に対して傾斜していることが好ましく、傾斜角度の一般的な絶対値は、10°以上35°以下である。ベルト層が複数層存在する場合には、隣合う二層のタイヤ赤道面に対する傾斜方向は逆になっていることが好ましい。ベルト層のコードの好ましい材質は、スチールである。コードに、有機繊維が用いられてもよい。この場合、この有機繊維としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維及びアラミド繊維が例示される。
ベルト補強層を設ける場合には、ベルト層のタイヤ半径方向外側に設けられることが好ましい。図示されていないが、ベルト補強層は、コードと被覆層を含む。コードは、螺旋状に巻かれており、いわゆるジョイントレス構造を有しても良い。コードは、実質的に周方向に延び、周方向に対するコードの角度は、5°以下、さらには2°以下である。このコードによりベルト層が拘束されるので、ベルト層のリフティングが抑制される。コードは、有機繊維からなる。好ましい有機繊維として、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、レーヨン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維及びアラミド繊維が例示される。
上記のカーカス、ベルト層、ベルト補強層の何れかを設けることにより、タイヤに加わる変形を小さくすることが可能となり、タイヤの保管時の永久歪みを小さくし、保管後の乗り心地を良化させやすくすることが可能になると考えられる。
また、タイヤの最内層には、耐空気透過性に優れたエラストマー層を備えても良い。このエラストマー層はブチルゴムを含むいわゆるインナーライナーであっても、スチレン-イソブチレン-スチレン共重合体などを用いた熱可塑性エラストマー層であっても良い。このような層を設けることで空気圧を保持しやすくなり、保管時においてタイヤが車重により変形することを防ぎやすくなり、長期保管後の性能を維持しやすくなると考えられる。
タイヤ2において、トレッド部4、タイヤ骨格体6、必要に応じて設けられる他の部材(トレッド部補強層8など)の接合は、熱可塑性エラストマー組成物やゴム組成物の接合が可能な公知の方法を使用できる。例えば、熱板溶着、接着剤溶着、振動溶着、超音波溶着、射出溶着、レーザー溶着技術などが挙げられる。そして、このような方法を用いてタイヤ2を製造できる。
タイヤ2は、より効果が得られる観点から、タイヤ骨格体6が、タイヤ幅方向で2つ以上に分割された骨格部材で構成されることが好ましく、タイヤ赤道面CLを中心にタイヤ幅方向で2分割された1対の骨格部材から構成されることがより好ましい。この場合、例えば、1対の骨格部材を溶着などにより接合してタイヤ骨格体6を作製し、更にトレッド部4などの他の部材を同様に接合し、タイヤ2を製造できる。
特に、タイヤ骨格体6がタイヤ赤道面CLを中心にタイヤ幅方向で2分割された1対の骨格部材により形成される場合により効果が得られるメカニズムは明らかではないが、以下のように推察される。
熱可塑性エラストマー組成物を用いて、タイヤ骨格体6を製造する際、タイヤ骨格体6内での熱可塑性エラストマー組成物の分子鎖の配向により、部分的に変形に対する応答性に変化が生じるものと考えられる。そのため、赤道面上で2分割されたタイヤ骨格部材から、タイヤ骨格体6を構成することにより、タイヤ半径断面における、両側での配向状態を合わせやすくすることができるため、タイヤの左右で同じ応答性が得やすくなり、操縦安定性を向上させやすくすることができると考えられる。
タイヤ2は、例えば、トレッド部4と、タイヤ骨格体6とを接合する工程を含む製造方法により製造できる。前記工程の接合は、例えば、前述の接合方法で実施可能である。
前記製造方法において、トレッド部4は、例えば、射出成型や3Dプリンタを用いた造形により、成形することができる。また、トレッド部4は3Dプリンタの造形可能サイズに応じて、周方向、幅方向に複数個に分割して得ても良い。タイヤ骨格体6は、例えば、射出成型により、リムとの勘合性を高めるため、ビードワイヤが内部に収められ、タイヤのビード部、サイドウォール部、ベーストレッドなど、トレッド部以外の部材が一体となったタイヤ幅方向で2つ以上に分割された骨格部材、好ましくはタイヤ赤道面を中心にタイヤ幅方向で2分割された1対のタイヤ骨格部材を形成することができる。また任意で備えるトレッド部補強層は、射出成型やブロー成型により、トレッド部補強層の形状にすることができる。なお、ブロー成型とは、金型内で原料となる熱可塑性エラストマー組成物を空気圧で膨らませ、金型に圧着させることにより成形する方法である。上述のタイヤ赤道面で2分割された1対のタイヤ骨格部材と組み合わせる観点から、タイヤ骨格形状に合わせてトレッド部補強層をタイヤ赤道面位置状で2分割しても良い。
具体的には、例えば、以下の(1)、(2)、(3)を順に行うことで、タイヤを好適に製造できる。
(1)ビード部等と任意で備えるトレッド部補強層とを射出成形の金型に設置し、タイヤ骨格体を作製する。
(2)作製されたタイヤ骨格体2ピース(1対の骨格体)を熱板溶着してタイヤ形状にする。
(3)作製されたタイヤ形状のタイヤ骨格体に、接着剤を用いてトレッド部を貼り付ける。
なお、接着剤としては特に限定されず、タイヤ骨格体とトレッド部との接着が可能な公知の接着剤を制限なく使用できる。
以下では、実施をする際に好ましいと考えられる例(実施例)を示すが、本発明の範囲は実施例に限られない。
以下に示す各種薬品を用いて作製する試験用タイヤについて、下記評価方法に基づいて検討する。
(タイヤ骨格体)
TPU1:レザミンP-6175(大日精化工業製、エステル系熱可塑性ポリウレタンエラストマー)
TPU2:レザミンP-4580(大日精化工業製、カプロラクトン系熱可塑性ポリウレタンエラストマー)
TPU3:レザミンP-880(大日精化工業製、カーボネート系熱可塑性ポリウレタンエラストマー)
TPU4:レザミンP-8175CL(大日精化工業製、カーボネート系熱可塑性ポリウレタンエラストマー)
TPU5:HF-4080A(フワフォンTPU社製、エーテル系熱可塑性ポリウレタンエラストマー)
架橋剤:4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI、大日精化工業(株)社製のクロスネートEM-30(MDI含有率30~40%)、表1の架橋剤の配合量はMDIとしての量)
(トレッド部)
EPU41K:EPU41K(Carbon社製、ポリウレタンエラストマー、Et*:11.2MPa)
(トレッド部補強層)
(a):レザミンP-1330(大日精化工業製、エステル系熱可塑性ポリウレタンエラストマー、Ef*:1170MPa)
(b):レザミンP-4200F(大日精化工業製、カプロラクトン系熱可塑性ポリウレタンエラストマー、Ef*:320MPa)
(c):Hytrel HTC237B(東レ・デュポン製、熱可塑性ポリエステルエラストマー、Ef*:90MPa)
(d):Hytrel 7277(東レ・デュポン製、熱可塑性ポリエステルエラストマー、Ef*:310MPa)
(熱可塑性エラストマー組成物の作製(タイヤ骨格体))
表1の配合処方に従い、二軸押出機で混練を行い、熱可塑性エラストマー組成物(熱処理無)を作製し、次いで、得られた熱可塑性エラストマー組成物(熱処理無)を乾燥機にて100℃、6時間の熱処理を行い、配合A~Fのタイヤ骨格体用熱可塑性エラストマー組成物(熱処理有)を得る。
Figure 2024076547000001
(試験用タイヤの作製)
表1の配合A~Fのタイヤ骨格体用熱可塑性エラストマー組成物(熱処理有)、トレッド部、及びトレッド部補強層について表2の仕様に従い、以下(1)~(5)に従って、図1に示す試験用タイヤ(カート用タイヤ)を製造する。
(1)トレッド部は、3Dプリンタにより造形し、タイヤ周方向に5分割したものを形成する。
(2)トレッド部補強層は、トレッド部補強層の形状にブロー成形する。
(3)タイヤ骨格体は、トレッド部補強層、タイヤのビード部、サイドウォール部、ベーストレッドなどのトレッド部以外の部材を射出成形の金型に設置し、射出成型により、ビードワイヤが内部に収められ、トレッド部補強層、ビード部などが一体となっている1対の骨格体を形成する(骨格体は、タイヤ赤道面上で半分にカットされている)。
(4)タイヤ骨格体2ピース(1対の骨格体)を熱板溶着してタイヤ形状にする。
(5)タイヤ形状のタイヤ骨格体に、接着剤を用いてトレッド部を貼り付ける。
各試験用タイヤについて、下記評価方法に基づいて算出される結果を表1~2に示す。なお、基準比較例は以下とする。
表2:比較例1
<粘弾性試験>
配合A~Fのタイヤ骨格体用熱可塑性エラストマー組成物(熱処理有)、トレッド部、及びトレッド部補強層を用いて得られる前記試験用タイヤのタイヤ骨格体、トレッド部、及びトレッド部補強層から、配合A~F、各トレッド部、及び各トレッド部補強層のサンプルを幅4mm、長さ20mm、厚さ1mmの大きさで採取し、TAインスツルメント社製のRSAシリーズを用いて、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で、各サンプルの複素弾性率を測定する。
<高速走行時の操縦安定性>
試験用タイヤを国産FF2000ccの全輪に装着してテストコースを時速100km/hで走行し、蛇行運転をした際のドライバーの官能評価により操縦安定性を評価する。
10人のドライバーのフィーリングに基づいて、それぞれ10段階で評価する。
その評価の合計値を評点として求め、基準比較例を100とし、指数化する。指数が大きいほど、高速走行時の操縦安定性に優れている。
Figure 2024076547000002
本発明(1)は、トレッド部と、タイヤ骨格体とを備えたタイヤであって、
前記タイヤ骨格体が、熱可塑性エラストマー組成物で構成され、
正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を360kPa充填した際のタイヤ断面幅W360(mm)の比(W360/W0)が、0.974以上であるタイヤである。
本発明(2)は、正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ外径D0(mm)に対する、内圧を360kPa充填した際のタイヤ外径D360(mm)の比(D360/D0)が、1.082以下である本発明(1)記載のタイヤである。
本発明(3)は、タイヤ半径方向断面において、タイヤ赤道面上におけるトレッド部のタイヤ径方向厚みA(mm)とタイヤ赤道面上におけるタイヤ骨格体のタイヤ径方向厚みB(mm)の合計に対する、前記タイヤ赤道面上におけるトレッド部のタイヤ径方向厚みA(mm)の比(A/(A+B))が、0.50以上、0.80以下である本発明(1)又は(2)記載のタイヤである。
本発明(4)は、タイヤ骨格体のタイヤ内表面側にトレッド部補強層を備える本発明(1)~(3)のいずれかに記載のタイヤである。
本発明(5)は、トレッド部の複素弾性率Et*が5.0MPa以上、13.0MPa以下である本発明(1)~(4)のいずれかに記載のタイヤである。
(Et*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
本発明(6)は、タイヤ骨格体の複素弾性率Eb*が8.0MPa以上、16.0MPaである本発明(1)~(5)のいずれかに記載のタイヤである。
(Eb*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
本発明(7)は、トレッド部補強層の複素弾性率Ef*が100MPa以上、1200MPa以下である本発明(4)~(6)のいずれかに記載のタイヤである。
(Ef*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
本発明(8)は、タイヤ骨格体がタイヤ赤道面を中心にタイヤ幅方向で2分割された1対のタイヤ骨格部材から構成される本発明(1)~(7)のいずれかに記載のタイヤである。
本発明(9)は、正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を100kPa充填した際のタイヤ断面幅W100(mm)の比(W100/W0)が、0.980以上である本発明(1)~(8)のいずれかに記載のタイヤである。
本発明(10)は、正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ外径D0(mm)に対する、内圧を100kPa充填した際のタイヤ外径D100(mm)の比(D100/D0)が、1.054以下である本発明(1)~(9)のいずれかに記載のタイヤである。
本発明(11)は、タイヤ骨格体のEb*(MPa)に対するトレッド部の複素弾性率Et*(MPa)の比(Et*/Eb*)が0.5以上、3.0以下である本発明(1)~(10)のいずれかに記載のタイヤである。
(Et*、Eb*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
本発明(12)は、本発明(1)~(10)のいずれかに記載のタイヤの製造方法であって、トレッド部と、タイヤ骨格体とを接合する工程を含むタイヤの製造方法である。
本発明(13)は、前記タイヤ骨格体が、タイヤ幅方向で2つ以上に分割された骨格部材より形成される本発明(12)に記載のタイヤの製造方法である。
本発明(14)は、前記タイヤ骨格体が、タイヤ赤道面を中心にタイヤ幅方向で2分割された1対のタイヤ骨格部材より形成される本発明(13)に記載のタイヤの製造方法である。
本発明(15)は、トレッド部が射出成型又は3Dプリンタにより作製され、タイヤ骨格体が射出成型により作製される本発明(12)~(14)のいずれかに記載のタイヤである。
本発明(16)は、前記トレッド部と、タイヤ骨格体とを接合する工程が、接着剤を用いて、トレッド部とタイヤ骨格体とを接合する本発明(12)~(15)のいずれかに記載の製造方法である。
2 空気入りタイヤ
4 トレッド部
6 タイヤ骨格体
8 トレッド部補強層
9 ビードコア
11 トレッド表面
CL タイヤの赤道面
A トレッド部のタイヤ径方向厚み
B タイヤ骨格体のタイヤ径方向厚み
Wt タイヤ断面幅
T8 トレッド部補強層の厚み

Claims (16)

  1. トレッド部と、タイヤ骨格体とを備えたタイヤであって、
    前記タイヤ骨格体が、熱可塑性エラストマー組成物で構成され、
    正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を360kPa充填した際のタイヤ断面幅W360(mm)の比(W360/W0)が、0.974以上であるタイヤ。
  2. 正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ外径D0(mm)に対する、内圧を360kPa充填した際のタイヤ外径D360(mm)の比(D360/D0)が、1.082以下である請求項1記載のタイヤ。
  3. タイヤ半径方向断面において、タイヤ赤道面上におけるトレッド部のタイヤ径方向厚みA(mm)とタイヤ赤道面上におけるタイヤ骨格体のタイヤ径方向厚みB(mm)の合計に対する、前記タイヤ赤道面上におけるトレッド部のタイヤ径方向厚みA(mm)の比(A/(A+B))が、0.50以上、0.80以下である請求項1又は2記載のタイヤ。
  4. タイヤ骨格体のタイヤ内表面側にトレッド部補強層を備える請求項1記載のタイヤ。
  5. トレッド部の複素弾性率Et*が5.0MPa以上、13.0MPa以下である請求項1記載のタイヤ。
    (Et*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
  6. タイヤ骨格体の複素弾性率Eb*が8.0MPa以上、16.0MPaである請求項1記載のタイヤ。
    (Eb*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
  7. トレッド部補強層の複素弾性率Ef*が100MPa以上、1200MPa以下である請求項4記載のタイヤ。
    (Ef*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
  8. タイヤ骨格体がタイヤ赤道面を中心にタイヤ幅方向で2分割された1対の骨格部材から構成される請求項1記載のタイヤ。
  9. 正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ断面幅W0(mm)に対する、正規リムにリム組みし、内圧を100kPa充填した際のタイヤ断面幅W100(mm)の比(W100/W0)が、0.980以上である請求項1記載のタイヤ。
  10. 正規リムにリム組みし、内圧が0kPaの際のタイヤ外径D0(mm)に対する、内圧を100kPa充填した際のタイヤ外径D100(mm)の比(D100/D0)が、1.054以下である請求項1記載のタイヤ。
  11. タイヤ骨格体のEb*(MPa)に対するトレッド部の複素弾性率Et*(MPa)の比(Et*/Eb*)が0.5以上、3.0以下である請求項1記載のタイヤ。
    (Et*、Eb*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モードの条件下で測定した複素弾性率である。)
  12. 請求項1記載のタイヤの製造方法であって、
    トレッド部と、タイヤ骨格体とを接合する工程を含むタイヤの製造方法。
  13. 前記タイヤ骨格体が、タイヤ幅方向で2つ以上に分割された骨格部材より形成される請求項12記載のタイヤの製造方法。
  14. 前記タイヤ骨格体が、タイヤ赤道面を中心にタイヤ幅方向で2分割された1対のタイヤ骨格部材より形成される請求項13記載のタイヤの製造方法。
  15. トレッド部が射出成型又は3Dプリンタにより作製され、タイヤ骨格体が射出成型により作製される請求項12記載のタイヤの製造方法。
  16. 前記トレッド部と、タイヤ骨格体とを接合する工程が、接着剤を用いて、トレッド部とタイヤ骨格体とを接合する請求項12記載のタイヤの製造方法。
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